Illustrazione di uno dei possibili meccanismi di ‘strangolamento galattico’: le galassie con elevata formazione stellare, alimentate dal flusso del gas idrogeno, evolvono all’interno di un alone caldo e massiccio che le ‘soffoca’ fino a portarle alla morte. Credit: Peng et al. 2015
Che cosa determina la fine delle galassie al punto che esse non sono più in grado di produrre nuove stelle? E’ uno dei grandi misteri cosmici che oggi gli astronomi, come dei veri e propri investigatori CSI, hanno risolto, sia pur parzialmente. Infatti, un nuovo studio pubblicato su Nature mostra che la principale causa del “decesso” di una galassia si ha per “strangolamento” nel momento in cui esse vengono tagliate fuori dalla corsa al rifornimento di quel materiale grezzo che serve per generare nuove stelle.
I ricercatori dell’Università di Cambridge e dell’Osservatorio Reale di Edimburgo hanno trovato che la percentuale di metalli presenti nelle galassie ormai decedute fornisce una sorta di “impronta digitale” che permette di ricavare quegli indizi che servono per determinare la causa della morte delle galassie. Generalmente, le galassie si possono suddividere in due grandi categorie: circa la metà sono galassie ancora “vive”, ossia si trovano in piena fertilità stellare, mentre l’altra metà è costituita da quelle “defunte” dove i processi di formazione stellare si sono già estinti. Le galassie in vita come la nostra Via Lattea sono ricche di gas freddo, principalmente idrogeno, che è necessario per formare le stelle a differenza delle galassie ormai inattive dove le riserve di gas sono davvero esigue.
Dunque, per risolvere il mistero che causa la morte delle galassie, i ricercatori hanno introdotto due ipotesi principali, come illustrato nella figura: 1) il gas necessario per formare le stelle viene consumato rapidamente dalla presenza di eventuali forze interne o esterne alla galassia (pannello superiore); 2) il rifornimento di gas viene in qualche modo arrestato, “soffocando” lentamente la galassia fino a portarla ad una sorta di “asfissia galattica” nel corso di un lungo periodo di tempo (pannello inferiore). Per verificare le loro idee, il team si è servito dei dati della Sloan Digital Sky Survey (SDSS) al fine di analizzare la percentuale di metalli presenti in più di 26000 galassie dalla dimensione intermedia e che sono distribuite nel nostro vicinato cosmico.
«I metalli rappresentano un potente indicatore della storia della formazione stellare: più stelle forma una galassia e maggiore sarà il suo contenuto di metalli», spiega Yingjie Peng del Cambridge’s Cavendish Laboratory, Kavli Institute of Cosmology e autore principale dello studio. «Perciò l’analisi della percentuale di metalli presenti nelle galassie defunte ci dovrebbe dire come esse sono morte». Se le galassie rimangono inattive a causa della mancanza di gas, allora il contenuto di metalli di una galassia defunta dovrebbe essere lo stesso così come lo era prima di morire dato che la formazione stellare si dovrebbe arrestare in tempi rapidi. Invece, nel caso di “morte per strangolamento” il contenuto di metalli presenti nella galassia dovrebbe aumentare per poi bloccarsi, dato che la formazione stellare potrebbe andare avanti finché il gas non viene completamente consumato.
Ora, mentre non è possibile analizzare le galassie individualmente a causa degli enormi tempi scala coinvolti, gli investigatori-astronomi sono stati in grado di scoprire la causa che porta alla morte quelle galassie di dimensione intermedia andando ad esaminare statisticamente la differenza nella percentuale di metalli presenti nei due tipi di galassie. «Abbiamo trovato che per un dato valore della massa stellare, il contenuto di metalli di una galassia defunta è significativamente più elevato rispetto a quello di una galassia in piena fertilità stellare e di simile massa», dice Roberto Maiolino co-autore dello studio, già all’INAF – Osservatorio Astronomico di Roma e ora docente all’Università di Cambridge. «Ciò non è quello che ci aspetteremmo di vedere nel caso di un rapido consumo di gas, ma è consistente con lo scenario del cosiddetto strangolamento».
Gli scienziati hanno poi verificato i loro risultati esaminando le età delle stelle nei due tipi di galassie, indipendentemente dal contenuto di metalli, trovando una differenza di età media pari a 4 miliardi di anni per subire questo processo di “strangolamento galattico”, in accordo col tempo richiesto da una galassia ancora in vita, cioè dove è presente attività di formazione stellare. “Si tratta della prima evidenza conclusiva del fatto che le galassie subiscono un’asfissia fino alla morte. Il passo successivo sarà ora quello di capire ciò che causa la loro morte. In altre parole, cominciamo a saperne di più sul meccanismo che sta alla base del loro decesso ma non sappiamo ancora ‘chi’ è veramente l’assassino, anche se abbiamo qualche sospetto”, conclude Peng.
Nature: Peng, Y. et al. 2015 – Strangulation as the primary mechanism for shutting down star formation in galaxies